نموذج حيواني لسمك الزرد لدراسة ردود الفعل التحسسية استجابة لجزيئات لعاب القراد الحيوية
Summary
هنا ، يتم استخدام الزرد (Danio rerio) كنموذج لدراسة ردود الفعل التحسسية والاستجابات المناعية المتعلقة بمتلازمة ألفا غال (AGS) من خلال تقييم ردود الفعل التحسسية لعاب القراد واستهلاك لحوم الثدييات.
Abstract
القراد هي ناقلات مفصلية تسبب المرض عن طريق انتقال مسببات الأمراض ويمكن أن تكون لدغاتها مرتبطة بردود الفعل التحسسية التي تؤثر على صحة الإنسان في جميع أنحاء العالم. في بعض الأفراد ، تم تحفيز مستويات عالية من الأجسام المضادة للغلوبولين المناعي E ضد الجليكان Galα1-3Galβ1- (3) 4GlcNAc-R (α-Gal) عن طريق لدغات القراد. ترتبط تفاعلات الحساسية التي تتوسطها البروتينات السكرية والجليكوليبيدات التي تحتوي على الجليكان α-Gal ، الموجود في لعاب القراد ، بمتلازمة ألفا غال (AGS) أو حساسية لحوم الثدييات. أصبح الزرد (Danio rerio) نموذجا للفقاريات يستخدم على نطاق واسع لدراسة الأمراض المختلفة. في هذه الدراسة ، تم استخدام الزرد كنموذج لدراسة ردود الفعل التحسسية استجابة لاستهلاك لحوم α غال والثدييات لأنهم ، مثل البشر ، لا يصنعون هذا الجليكان. لهذا الغرض ، تم تقييم الأنماط السلوكية وردود الفعل التحسسية النزفية من نوع الحساسية استجابة لعاب القراد Ixodes ricinus واستهلاك لحوم الثدييات. يسمح هذا النهج التجريبي بالحصول على بيانات صحيحة تدعم النموذج الحيواني لسمك الزرد لدراسة الحساسية المنقولة بالقراد بما في ذلك AGS.
Introduction
القراد هي ناقلات مسببات الأمراض التي تسبب الأمراض وهي أيضا سبب الحساسية ، مما يؤثر على صحة البشر والحيوانات في جميع أنحاء العالم 1,2. أثناء تغذية القراد ، تسهل الجزيئات الحيوية في لعاب القراد ، وخاصة البروتينات والدهون ، تغذية هذه الطفيليات الخارجية ، وتجنب دفاعات المضيف3. تؤدي بعض جزيئات اللعاب الحيوية مع تعديلات الجليكان Galα1-3Galβ1- (3) 4GlcNAc-R (α-Gal) إلى إنتاج مستويات عالية من الأجسام المضادة المضادة ل α-Gal IgE بعد لدغة القراد ، فقط في بعض الأفراد ، وهو ما يعرف باسم متلازمة α غال (AGS) 4. هذا مرض مرتبط بالحساسية بوساطة IgE والتي قد تؤدي إلى الحساسية المفرطة لدغات القراد ، واستهلاك لحوم الثدييات غير الرئيسيات ، وبعض الأدوية مثل سيتوكسيماب5. غالبا ما تكون ردود الفعل تجاه α-Gal شديدة وأحيانا قد تكون قاتلة6،7،8،9،10،11،12،13،14،15.
تم العثور على α-Gal في جميع الثدييات باستثناء العالم القديم والقردة والبشر الذين ليس لديهم القدرة على تصنيعα-Gal 13. ومع ذلك ، فإن مسببات الأمراض مثل البكتيريا والبروتوزوا تعبر عن هذا الجليكان على سطحها ، والذي يمكن أن يحفز إنتاج كميات كبيرة من الأجسام المضادة المضادة ل α-Gal IgM / IgG وقد تكون آلية وقائية ضد مسببات الأمراضهذه 16,17. ومع ذلك ، فإن إنتاج الأجسام المضادة المضادة ل α-Gal يزيد من خطر الإصابة بالحساسية المضادة ل α-Gal بوساطةIgE 7,13. يمكن أن ترتبط الأجسام المضادة الطبيعية المضادة ل α-Gal المنتجة في البشر ، وخاصة الأنواع الفرعية IgM / IgG ، بهذا التعديل الموجود في البكتيريا من ميكروبيوتا الأمعاء16. يمكن أن يكون AGS تشخيصا سريريا صعبا ، حيث تعتمد طريقة التشخيص الرئيسية في الوقت الحالي على التاريخ السريري لردود الفعل التحسسية المتأخرة ، خاصة المرتبطة بالحساسية الغذائية (أي الحكة أو خلايا النحل الموضعية أو الوذمة الوعائية المتكررة للتأق والشرى وأعراض الجهاز الهضمي) وقياس مستويات الأجسام المضادة IgE المضادة ل α-Gal9. تشير النتائج الحالية إلى أن لدغات القراد تشكل أحد المخاطر الرئيسية في ظهور AGS 18,19 ، وزيادة بمقدار 20 ضعفا أو أكثر في مستويات IgE إلى α-Gal بعد لدغة القراد 19 ، وتاريخ لدغات القراد في المرضى الذين يعانون من AGS20،21،22 ، ووجود الأجسام المضادة التفاعلية لمستضدات القراد في مرضى AGS 19 ، وأن Anti-α-Gal IgE ترتبط ارتباطا وثيقا بمستويات IgE المضادة للقراد19,23 ولكن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتقييم الجزيئات الحيوية المشاركة بالفعل.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك سيناريو محتمل آخر هو المرضى الذين يعانون من ردود فعل تحسسية قوية لدغات القراد ومستويات عالية من الأجسام المضادة المضادة ل α-Gal IgE ولكنهم يتحملون استهلاك لحوم الثدييات12. لذلك ، يمكن أن تكون حساسية لحوم الثدييات نوعا معينا من الحساسية المرتبطة لدغة القراد. تشمل أنواع القراد الرئيسية المرتبطة ب AGS Amblyomma americanum (الولايات المتحدة الأمريكية) ، Amblyomma sculptum (البرازيل) ، Amblyomma testudinarium و Haemaphysalis longicornis (اليابان) ، Ixodes holocyclus (أستراليا) ، و Ixodes ricinus (الناقل الرئيسي لمرض لايم في أوروبا)11,24.
النموذج الوحيد الذي تم استخدامه لتقييم إنتاج IgE المرتبط بلدغات القراد هو نموذج الفأر المعدل وراثيا مع جين الفئران α−1،3-galactosyltransferase (α-Gal KO)25,26 لأنه مثل الثدييات الأخرى ، تعبر الفئران أيضا عن α-Gal على البروتينات والدهون ولا تنتج IgE إلى α-Gal. ومع ذلك ، فإن الزرد (Danio rerio) هو نموذج مفيد للبحوث الطبية الحيوية المطبقة على الثدييات لأنه يشترك في العديد من أوجه التشابه التشريحية مع الثدييات ، ومثل البشر ، فهو غير قادر أيضا على تصنيع α-Gal. نظرا لأن α-Gal لا يتم إنتاجه بشكل طبيعي في الزرد ، فهو نموذج ميسور التكلفة وسهل التلاعب به ويسمح بحجم عينة كبير لدراسة تفاعلات الحساسية المرتبطة ب α-Gal.
في هذه الدراسة ، يستخدم الزرد ككائن نموذجي لتوصيف ووصف ردود الفعل التحسسية المحلية ، والأنماط السلوكية ، والآليات الجزيئية المرتبطة بالاستجابة للتحسس عن طريق الجلد لقراد اللعاب26،27 واستهلاك لحوم الثدييات اللاحقة. لهذا الغرض ، تتعرض الأسماك لعاب القراد عن طريق الحقن داخل الأدمة ثم يتم تغذيتها بعلف الكلاب ، الذي يحتوي على منتجات مشتقة من لحوم الثدييات مناسبة للاستخدام الحيواني والتي تحتوي علىα-Gal 27 ، ثم يتم تقييم ردود الفعل التحسسية المحتملة ذات الصلة. يمكن تطبيق هذه الطريقة على دراسة الجزيئات الحيوية الأخرى المتعلقة بعمليات الحساسية ، وخاصة تلك المتعلقة ب AGS.
Protocol
Representative Results
Discussion
الزرد هو نموذج فعال من حيث التكلفة وسهل التعامل معه وكان أيضا أداة مجدية للغاية لدراسة الآليات الجزيئية للاستجابة المناعية ، والأمراض المسببة للأمراض ، واختبار الأدوية الجديدة ، والتطعيم والحماية من العدوى33،34،35. الدراسة حول سلوك الزرد …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر أعضاء مجموعة SaBio على تعاونهم في التصميم التجريبي والمساعدة الفنية مع مرفق تجارب الأسماك وخوان غالسيران سايز (IN-CSIC-UMH ، إسبانيا) لتوفير الزرد. تم دعم هذا العمل من قبل وزارة العلوم والابتكار / الوكالة الحكومية للبحوث MCIN / AEI / 10.13039 / 501100011033 ، إسبانيا والاتحاد الأوروبي (منحة BIOGAL PID2020-116761GB-I00). يتم تمويل Marinela Contreras من قبل وزارة العلوم ، Innovación y Universidades ، إسبانيا ، منحة IJC2020-042710-I.
Materials
| 1.5 mL tube | VWR | 525-0990 | |
| All Prep DNA/RNA | Qiagen | 80284 | |
| Aquatics facilities | |||
| BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
| Disection set | VWR | 631-1279 | |
| Dog Food – Red Classic | Acana | ||
| ELISA plates-96 well | Thermo Fisher Scientific | 10547781 | |
| Gala1-3Gal-BSA 3 (α-Gal) | Dextra | NGP0203 | |
| iScript Reverse Transcription Supermix | Supermix | 1708840 | |
| Microliter syringes | Hamilton | 7638-01 | |
| Plate reader | any | ||
| Phosphate buffered saline | Sigma | P4417-50TAB | |
| pilocarpine hydrochloride | Sigma | P6503 | |
| Pipette tip P10 | VWR | 613-0364 | |
| Pipette tip P1000 | VWR | 613-0359 | |
| Premium food tropical fish | DAPC | ||
| Sponge Animal Holder | Made from scrap foam | ||
| Stereomicroscope | any | ||
| Thermal Cycler Real-Time PCR | any | ||
| Tricaine methanesulphonate (MS-222) | Sigma | E10521 |
References
- de la Fuente, J., Estrada-Pena, A., Venzal, J. M., Kocan, K. M., Sonenshine, D. E. Overview: Ticks as vectors of pathogens that cause disease in humans and animals. Frontiers in Bioscience: A Journal and Virtual Library. 13 (18), 6938-6946 (2008).
- de la Fuente, J., et al. Tick-pathogen interactions and vector competence: identification of molecular drivers for tick-borne diseases. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 7, 114 (2017).
- Villar, M., et al. Characterization of tick salivary gland and saliva alphagalactome reveals candidate alpha-gal syndrome disease biomarkers. Expert Review of Proteomics. 18 (12), 1099-1116 (2021).
- Chmelař, J., Kotál, J., Kovaříková, A., Kotsyfakis, M. The use of tick salivary proteins as novel therapeutics. Frontiers in Physiology. 10, 812 (2019).
- Chung, C. H., et al. Cetuximab-induced anaphylaxis and IgE specific for galactose-alpha-1,3-galactose. The New England Journal of Medicine. 358 (11), 1109-1117 (2008).
- Van Nunen, S. A., O’Connor, K. S., Clarke, L. R., Boyle, R. X., Fernando, S. L. An association between tick bite reactions and red meat allergy in humans. The Medical Journal of Australia. 190 (9), 510-511 (2009).
- Cabezas-Cruz, A., et al. Environmental and molecular drivers of the α-Gal syndrome. Frontiers in Immunology. 10, 1210 (2019).
- de la Fuente, J., Pacheco, I., Villar, M., Cabezas-Cruz, A. The alpha-Gal syndrome: new insights into the tick-host conflict and cooperation. Parasites & Vectors. 12 (1), 154 (2019).
- Platts-Mills, T. A. E., et al. On the cause and consequences of IgE to galactose-α-1,3-galactose: A report from the National Institute of Allergy and Infectious Diseases workshop on understanding IgE-mediated mammalian meat allergy. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 145 (4), 1061-1071 (2020).
- Commins, S. P., et al. Delayed anaphylaxis, angioedema, or urticaria after consumption of red meat in patients with IgE antibodies specific for galactose-alpha-1,3-galactose. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 123 (2), 426-433 (2009).
- Platts-Mills, T. A. E., Schuyler, A. J., Tripathi, A., Commins, S. P. Anaphylaxis to the carbohydrate side chain alpha-gal. Immunology and Allergy Clinics of North America. 35 (2), 247-260 (2015).
- Mateos-Hernández, L., et al. Tick-host conflict: immunoglobulin E antibodies to tick proteins in patients with anaphylaxis to tick bite. Oncotarget. 8 (13), 20630-20644 (2017).
- Galili, U. Evolution in primates by "Catastrophic-selection" interplay between enveloped virus epidemics, mutated genes of enzymes synthesizing carbohydrate antigens, and natural anti-carbohydrate antibodies. American Journal of Physical Anthropology. 168 (2), 352-363 (2019).
- Hilger, C., Fischer, J., Wölbing, F., Biedermann, T. Role and mechanism of galactose-alpha-1,3-galactose in the elicitation of delayed anaphylactic reactions to red meat. Current Allergy and Asthma Reports. 19 (1), 3 (2019).
- Cabezas-Cruz, A., Valdés, J., de la Fuente, J. Cancer research meets tick vectors for infectious diseases. The Lancet. Infectious Diseases. 14 (10), 916-917 (2014).
- Yilmaz, B., et al. Gut microbiota elicits a protective immune response against malaria transmission. Cell. 159 (6), 1277-1289 (2014).
- Cabezas-Cruz, A., et al. Regulation of the immune response to α-Gal and vector-borne diseases. Trends in Parasitology. 31 (10), 470-476 (2015).
- Weins, A. B., Eberlein, B., Biedermann, T. Diagnostics of alpha-gal syndrome: Current standards, pitfalls and perspectives. Der Hautarzt; Zeitschrift Fur Dermatologie, Venerologie, Und Verwandte Gebiete. 70 (1), 36-43 (2019).
- Commins, S. P., et al. The relevance of tick bites to the production of IgE antibodies to the mammalian oligosaccharide galactose-α-1,3-galactose. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 127 (5), 1286-1293 (2011).
- Fischer, J., Yazdi, A. S., Biedermann, T. Clinical spectrum of α-Gal syndrome: from immediate-type to delayed immediate-type reactions to mammalian innards and meat. Allergo Journal International. 25 (2), 55-62 (2016).
- Hodžić, A., et al. Infection with Toxocara canis inhibits the production of IgE antibodies to α-Gal in humans: towards a conceptual framework of the hygiene hypothesis. Vaccines. 8 (2), 167 (2020).
- Kiewiet, M. B. G., et al. Clinical and serological characterization of the α-Gal syndrome-importance of atopy for symptom severity in a European cohort. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. In Practice. 8 (6), 2027-2034 (2020).
- Steinke, J. W., Platts-Mills, T. A. E., Commins, S. P. The alpha-gal story: lessons learned from connecting the dots. The Journal of Allergy and Clinical Immunology. 135 (3), 589-596 (2015).
- Hashizume, H., et al. Repeated Amblyomma testudinarium tick bites are associated with increased galactose-α-1,3-galactose carbohydrate IgE antibody levels: A retrospective cohort study in a single institution. Journal of the American Academy of Dermatology. 78 (6), 1135-1141 (2018).
- Chandrasekhar, J. L., et al. Cutaneous exposure to clinically relevant lone star ticks promotes IgE production and hypersensitivity through CD4+ T cell- and MyD88-dependent pathways in mice. Journal of Immunology. 203 (4), 813-824 (2019).
- Araujo, R. N., et al. Amblyomma sculptum tick saliva: α-Gal identification, antibody response and possible association with red meat allergy in Brazil. International Journal for Parasitology. 46 (3), 213-220 (2016).
- Contreras, M., et al. Allergic reactions and immunity in response to tick salivary biogenic substances and red meat consumption in the zebrafish model. Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 10, 78 (2020).
- Poole, N. M., Mamidanna, G., Smith, R. A., Coons, L. B., Cole, J. A. Prostaglandin E(2) in tick saliva regulates macrophage cell migration and cytokine profile. Parasites & Vectors. 6 (2), 261 (2013).
- Seibel, H., Baßmann, B., Rebl, A. Blood will tell: what hematological analyses can reveal about fish welfare. Frontiers in Veterinary Science. 8, 616955 (2021).
- Pacheco, I., et al. Vaccination with alpha-gal protects against mycobacterial infection in the zebrafish model of tuberculosis. Vaccines. 8 (2), 195 (2020).
- Gupta, T., Mullins, M. C. Dissection of organs from the adult zebrafish. Journal of Visualized Experiments. (37), e1717 (2010).
- Lu, M. -. W., et al. The interferon response is involved in nervous necrosis virus acute and persistent infection in zebrafish infection model. Molecular Immunology. 45 (4), 1146-1152 (2008).
- Saralahti, A., et al. Adult zebrafish model for pneumococcal pathogenesis. Developmental and Comparative Immunology. 42 (2), 345-353 (2014).
- Gore, A. V., Pillay, L. M., Venero Galanternik, M., Weinstein, B. M. The zebrafish: A fintastic model for hematopoietic development and disease. Wiley Interdisciplinary Reviews. Developmental Biology. 7 (3), 312 (2018).
- Katoch, S., Patial, V. Zebrafish: An emerging model system to study liver diseases and related drug discovery. Journal of Applied Toxicology. 41 (1), 33-51 (2021).
- Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
- Xin, N., Jiang, Y., Liu, S., Zhou, Y., Cheng, Y. Effects of prednisolone on behavior and hypothalamic-pituitary-interrenal axis activity in zebrafish. Environmental Toxicology and Pharmacology. 75, 103325 (2020).
- Aleström, P., et al. Zebrafish: Housing and husbandry recommendations. Laboratory Animals. 54 (3), 213-224 (2020).
